水力压裂施工过程
水力压裂施工一般包括以下工序：循环、试压、试挤、压裂、加砂、替挤、扩散压力、活动管柱。特殊情况可进行酸预处理、小型压裂测试、压后压降监测等工序。
1、循环：目的是检查压裂车组设备性能，保证地面流程管线畅通。循环时单车排量不低于1m3/min，时间不少于10min。
2、试压：平稳启动压裂车高压泵，对井口阀门以上的设备和地面管线进行承压性能试验，压力为预测泵压的1.2-1.5倍，稳压5min，不刺不漏压力不降为合格。
3、试挤：打开井口阀门，关闭循环放空阀门，逐台启动压裂车，按设计要求排量将压裂液挤入地层，压力由低到高直到稳定。检查井下管柱和工具情况，检查压裂层位的吸液能力。
4、压裂：试挤正常后，逐台启动压裂车，以高压大排量持续挤入前至液，使裂缝形成并扩展延伸。油层破裂的瞬间破裂压力与地层深度的比值，称为压裂破裂梯度，反映油层破裂的难易程度。
5、加砂：油层裂缝形成，泵压和排量稳定后便可加砂。要分段控制好混砂比，要逐渐提高且均匀加砂，保证压力、排量平稳，严禁中途停泵。
6、替挤：加砂完成后，打开混砂车的旁通替挤流程，
向井内注入替挤液，将携砂液替挤到油层裂缝中，要严格执行设计，严禁超量替挤。
7、关井扩散压力：压裂施工结束后，关闭所有进出口阀门，等待压裂液破胶滤失及裂缝闭合，防止出砂，造成裂缝口铺砂浓度过低。
8、活动管柱：负荷应不超过管柱悬重的200KN，上提速度控制在0.5m/min，活动行程不小于5m。要达到管柱提放自如，拉力表悬重正常。
第四章水力压裂技术 水力压裂是利用地面高压泵组，将高粘液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中， 在井底憋起高压，当此压力大于井壁附近的地应力和地层岩石抗张强度时，在井底附近地层 产生裂缝。继续注入带有支撑剂的携砂液，裂缝向前延伸并填以支撑剂，关井后裂缝闭合在 支撑剂上，从而在井底附近地层内形成具有一定几何尺寸和导流能力的填砂裂缝，使井达到 增产增注的目的。 水力压裂增产增注的原理主要是降低了井底附近地层中流体的渗流阻力和 改变了流体的渗流状态，使原来的径向流动改变为油层流向裂缝近似性的单向流动和裂缝与井筒间的单向流 动，消除了径向节流损失，大大降低了能量消耗。因而油气井产量或注水井注入量就会大幅 度提高。 第一节造缝机理 在水力压裂中，了解裂缝形成条件、裂缝的形态和方位等，对有效地发挥压裂在增产、 增注中的作用都是很重要的。在区块整体压裂改造和单井压裂设计中，了解裂缝的方位对确 定合理的井网方向和裂缝几何参数尤为重要，这是因为有利的裂缝方位和几何参数不仅可以 提高开采速度，而且还可以提高最终采收率。 造缝条件及裂缝的形态、方位等与井底附近地层的地应力及其分布、岩石的力学性质、压 裂液的渗滤性质及注入方式有密切关系。图4一l是压裂施工过程中井底压力随时间的变化曲 线。P是地层破裂压力，P是裂缝延伸压力，P是地层压力。SEF
压裂过程井底压力变化曲线图4一l —微缝高渗岩石致密岩石; ba—在致密地层内，当井底压力达到破裂压力P后，地层发生破裂(图4—1中的a点)，F然后在较低的延伸压力P下，裂缝向前延伸。对高渗或微裂缝发育地层，压裂过程中无明E显的破裂显示，破裂压力与延伸压力相近(图4—1中的b点)。 一、油井应力状况 一般情况下，地层中的岩石处于压应力状态，作用在地下岩石某单元体上的应力为垂向 主应力σ和水平主应力σ(σ又可分为两个相互垂直的主应力σ，σ)。YHHxZ （一）地应力 作用在单元体上的垂向应力来自上覆地层的岩石质量，其大小可以根据密度测井资料计 算，一般为： ????gdz?1）（4— s?0式中σ——垂向主应力，Pa；Z H——地层垂深，m； 2)；．81 m/s g——重力加速度(93。——上覆层岩石密度，ρkg/m s 1 由于油气层中有一定的孔隙压力Ps，故有效垂向应力可表示为： ??（4—2）P??szz如果岩石处于弹性状态，考虑到构造应力等因素的影响，可以得到最大水平主应力为： ???????P?2EE1??S???124—3）P????（?? SH????11?21???式中σ——最大水平主应力，Pa；H ξ，ξ——水平应力构造系数，可由室内测试试验结果推算，无因次；21?——
施工流程图 模板工程钢筋工程混凝土工 土石方工程 基础分部施工： 主体分部施工： 施工准备 测量放线 主体子分部：二次结构施工 装饰分部：内外墙抹灰 防水工程地面工程门窗工程 内外涂料 五金、玻璃安装 竣工验收 竣工清理 成品保护 水、调式、 测试 屋面工程 开工 熟悉图纸材料准备机具准备施工准备 技术、劳力准备 灯具安装 洁具安装 其 他 安 装 施 工 水 电 安 装 施 工 预留预埋 安装 （布 管、排 线）
开工准备： 一、立项 二、环评、安评 三、委托设计院做平面方案 四、规划、消防窗口总平面方案审批 五、出蓝图 六、建设用地规划许可证 七、单体建筑物三个以上设计方案 八、设计方案审批 九、出施工图 十、建设工程规划许可证 十一、图纸审查 十二、建筑工程消防施工图审核 十三、建设工程招标 十四、安全监督手续 十五、质量监督手续 十六、施工许可证 十七、开工建设 出让国有土地使用权设定登记 1）土地登记申请书 2）国有建设用地使用权出让合同及政府批复元件 3）建设用地规划许可证原件及复印件 4）建设用地使用权出让金及契税缴纳证明 5）营业执照及组织机构代码证原件及复印件 6）法定代表人及委托代理人身份证明原件及复印件 7）地籍测量的数据及图件 建设用地规划许可证 1）建设用地规划许可证申报表 2）建设项目的有效计划批准文件 3）已经批准的建设项目选址意见书和项目用地规范图 4）规划设计条件及附图 5）划拨土地证明或土地出让、转让合同 6）已批准的总平面图 建设工程规划许可证 1）建设工程规划许可证申请表 2）经办人身份证及复印件 3）计划批文 4）土地权属证明文件 5）施工图三套（含建设项目总施工图、建筑单体施工图、工程定位图及竖向设计、管线综合、绿化及做法施工图） 6）方线（测绘）资料
水力压裂过程中页岩渗透渗吸作用实验研究 摘要：水力压裂技术已经广泛应用于页岩储层以显著提高产量。然而，据钻井人员汇报大量压裂液流失于地下不能回收，滞留压裂液对页岩组成的影响机制尚不清晰，滞留压裂液可被页岩基质、微裂缝和裂缝表面吸收，本文旨在研究渗吸作用对页岩基质渗透性、微裂缝渗透性和裂缝渗透性的影响，首次探究页岩渗透性变化与页岩渗吸作用二者之关系，并提供大量水力压裂过程中页岩伴随渗吸作用渗透性增减结果。 本文实验采用压力恢复法测定岩样渗透率，采用失重法进行渗吸实验，样品来源于Niobrara、HornRiver及Woodford地区页岩地层。 实验结果表明，滞留压裂液会损害页岩基质渗透性，使其渗透率大为降低，样品吸收液体越多，基质渗透率降低越显著，渗吸作用造成张开裂缝渗透率减小，但减小量不及基质渗透率，此外，润滑作用使页岩样品微裂缝再次张开，导致渗吸作用过程中微裂缝渗透率提升。 渗透率这一指标决定着页岩地层长期产气量，本文研究水力压裂过程中渗吸作用影响下页岩渗透率变化情况，观察得到渗吸作用不仅损害页岩组成，还会通过张开闭合或密封天然裂缝增加渗透率而对页岩组成造成潜在影响。 1.简介 随着水力压裂技术在页岩和其他非常规地层的成功应用，预计到2020年，美国原油的产量将从2008年的5百万桶/日增加至10.6百万桶/日；同时页岩和其他低渗储层的石油产量将增长到全国原油总产量的一半。从2008年开始美国页岩气产量预计将增长近9倍（EIA，2015）。 水力压裂技术的一般程序主要分为5个步骤，包括垫注，凝胶浆注射，冲洗注射，注井和水回收。水回收是该井投入生产前水力压裂处理的最后一步。这一步在水力压裂过程中很重要和必要，因为它可以控制和最小化压裂液的损伤。不过，很多操作人员报道注入页岩储层的压裂液只有不到50％可以回收（Alkouh和Wattenbarger，2013）。这个可能是因为水力压裂后页岩储层系统能量较低。一般来说，裂缝较为常规、较不复杂时系统能量较高。能量越高，会导致回收液体流流量越大、流速越高。但是页岩储层的裂缝很复杂，导致裂缝回收液体占比很少，需要花费几周来完成回流，比常规页岩储层长得多（King，2010；Wu等，2010）。在页岩中，如此大量的剩余液体对产量的影响成为一
水力压裂安全技术要求 SY/T6566－2003 国家经济贸易委员会2003－03－18批准 2003－08－01实施 前言 本标准由石油工业安全专业标准化技术委员会提出并归口。 本标准起草单位：吉林石油集团有限责任公司质量安全环保部、井下作业工程公司。 本标准主要起草人：宋泽明、宫长利、朱占华、毛杰民、付新冬、崔伟。 引言 水力压裂施工是油田开发、评价和增产的重要技术措施，也是一项风险较大的作业。由于压裂施工应用高压技术，野外作业，流动性大，涉及其它相关作业，经常接触石油、天然气等易燃易爆和其它有毒有害物质，易发生人员伤亡、环境污染等事故。为加强井下压裂施工安全管理，规范操作，搞好全过程施工作业，最大限度地避免发生事故，促进油田开发，提高经济效益，特制定本标准。 1 范围 本标准规定了水力压裂安全施工方法和技术要求。 本标准适用于水力压裂及相关施工作业。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB 150 钢制压力容器 SY 5727 井下作业井场用电安全要求 SY/T 5836 中深井压裂设计施工方法 SY 5858 石油企业工业动火安全规程 SY/T 6194 套管和油管 SY 6355 石油天然气生产专用安全标志 3 压裂选井和设计及施工队伍要求 3．1 压裂选井和设计应按SY/T 5836执行，并符合下列安全要求： a）套管升高短节组配与油层套管材质、壁厚相符； b）使用无毒或低毒物质； c）下井工具、连接方式应能保证正常压裂施工，并有利于压裂前后的其它作业； d）通往井场的道路能够保证施工车辆安全通行； e）场地满足施工布车要求。 3．2 压裂设计中应包括下列与安全有关的内容： a）存在可能影响压裂施工的问题； b）施工井场、施工车辆行驶路线说明及要求； c）地面流程连接、施工设备检查要求； d）试压、试挤要求； e）施工交接、检查要求；
2．地应力场确定 地应力场确定包括地应力大小和方向。主要手段主要有： 1) 水力压裂法 微型压裂(mini-frac)压力曲线计算应力场。 2)实验室分析方法 应用定向取心技术保证取出岩心样品的主应力方位与其在地层中主应力方位一致。岩心从地下三向压应力状态改变到地面自由应力状态，根据岩心各方向的变形确定主应力方位和数值。 (1) 滞弹性应变恢复（ASR） 基于岩心与其承压岩体发生机械分离后所产生的应力松弛，按各个方向测量应变并确定主应变轴。并假定主方向与原位应力主轴相同，按已知的弹性常数和上覆岩层载荷情况间接计算应力值。 (2) 微差应变分析（DSCA） 从井底取出的岩心由于应力释放和应变恢复会发生膨胀，产生或重新张开微裂缝。基于应变松弛作为“应力史”痕迹的思想，应变松弛形成的微裂缝密度和分布与岩心已经出现的应力下降成正比。通过描述微裂隙分布椭球，即可揭示以前的应力状态。根据和这些微裂缝相关的应变推断主应力方向，并从应变发生的最大方向估算出最小主应力值。 3) 测井解释方法 利用测井（主要是密度测井、自然伽玛测井、井径测井和声波时差测井以及中子测井、自然电位测井等）资料，首先基于纵横波速度与岩石弹性参数之间的关系解释岩石力学参数，再结合地应力计算模式获得连续的地应力剖面。 4) 有限元模拟 根据若干个测点地应力资料，借助于有限元数值分析方法，通过反演得到构造应力场。强烈取决于根据研究工区所建立的地质模型、数学力学模型和边界条件。 此外，测定地应力方向的常用方法还有声波测定、井壁崩落法、地面电位法、井下微地震法和水动力学试井等方法。 3．人工裂缝方位 在天然裂缝不发育的地层，压裂裂缝形态取决于其三向应力状态。根据最小主应力原理，水力压裂裂缝总是产生于强度最弱、阻力最小的方向，即岩石破裂面垂直于最小主应力方向。当s z最小时，形成水平裂缝（horizontal fracture）；当s y最小时，形成垂直裂缝(vertical fracture)。 对于显裂缝地层很难出现人工裂缝。而微裂缝地层可能出现多种情况，人工裂缝面可以垂直于最小主应力方向；也可能基本上沿微裂缝的方向发展，把微裂缝串成显裂缝。 二、破裂压力 地层岩石破裂前，井壁最终应力场为钻孔应力集中、向井筒注液产生的应力、注入压裂液径向滤失诱发应力的迭加。基于最终应力分布结合岩石破裂准则确定破裂压力计算公式。 1．井壁最终应力分布 1）井筒应力分布 对于裸眼井，记井眼半径为r w。钻井完成后地层中应力分布可视为无限大均质各向同性岩石平板中有一圆形孔眼时的应力状态，。记压应力为正、张应力为负，根据弹性力学理论计算图中任意点(r ,q) 处的应力分布。 离井壁越远，周向压应力迅速降低，径向压应力逐渐增加；而且大约几个井径之后，周向压应力降为原地应力，径向应力增加到原地应力。 实际上，由于岩石的抗压强度比抗张强度大得多，而且钻井孔眼引起的应力集中使得井壁处应力大于原地应力，因此，水力压裂造缝时主要关心的应是井壁处的周向应力s q。通常记s x>s y，则 当q=0°或180°，井壁处周向应力最小。s qmin = 3s y-s x 当q=90°或270°，井壁处周向应力最大。s qmax = 3s x-s y
压裂施工工作流程图 工作流程：（1）调度室安排生产任务→（2）压裂队接受生产任务→（3）查看施工井场道路→（4）落实井场准备情况→（5）按照施工设计准备施工设备→（6）检查施工设备→（7）召开出车前的安全会议→（8）队车行驶到达井场外→（9）在试油队HSE监督台填写记录→（10）检查试油队井场准备的情况→（11）施工设备进入井场摆放→（12）检查施工液体→（13）高低压管线及电缆连接→（14）召开施工前的安全脚底会→（15）清理并隔离施工高压区→（16）压裂施工→（17）施工结束→（18）召开施工总结会→（19）队车返回→（20）回场检验并反馈信息。 流程内容： （1）调度安排生产任务： 做什么：生产任务要清楚，行车路线要清楚，设备状况要清楚，队伍现状要清楚，工作环境要清楚。怎么作：交代生产任务（哪个试油队，哪个机组，在什么地方，行车路线，怎么联系，施工设计，准备情况，特殊要求）；了解设备状况（设备是否完好，性能能否满足施工要求）；了解队伍状况（人力资源是否配备到位，人员体力能否满足工作需要，队伍是否有情绪，生活有无保障）；了解工作情况（天气情况，道路情况，井场情况，外部环境情况）。 谁来作：调度员 做到什么程度：使压裂队带队干部工作任务清楚；行车路线清楚；准备情况清楚；连接方式清楚；特殊要求清楚。 （2）压裂队接受生产任务： 做什么：生查任务要清楚，设备状况要清楚，队伍现状要清楚，工作环境要清楚；行车路线要清楚；准备情况要清楚；联系方式要清楚；特殊要求要清楚。 怎么作：从调度员处接受生产任务，了解工作环境，了解行车路线，了解准备情况，掌握联系方式，清楚特殊要求，检查设备状况，了解队伍现状。 谁来做：压裂队带队干部 做到什么程度：生产任务清楚，设备状况要清楚，队伍现状要清楚，工作环境要清楚，行车路线清楚，准备情况清楚，联系方式清楚，特殊要求清楚。 （3）查看施工井场道路： 做什么：从停车场到施工井场的道路进行检查，对道路的风险进行识别，根据压裂设备的外型尺寸、
项目工程部标准 工 程 部 工 作 流 程 图 108
工程部工作流程图目录●岗位工作流程类 一、工程部主管岗位工作流程图 二、工程部监理及内业工作流程图 ●采购控制管理流程类 三、施工单位招标作业流程图 四、甲供材料采购控制流程图 ●施工现场管理流程类 五、现场签证工作流程图 六、工程变更流程图 1、工程设计变更流程图 2、工程技术核定流程图 3、办理客户工程变更相关手续流程图 七、施工组织设计（或方案）评审流程图 八、施工图会审流程图 九、施工现场巡场管理流程图 十、单位工程基础分部结构验收流程图 十一、单位工程主体部分验收流程图 十二、单位工程竣工验收流程图 109
110 一、工程部主管岗位工作流程图 项目工程质量计划 前期工作 接收施工图纸 并组织会审 确定施 工单位 了 解场貌及管线位 置三通一平 单位工程开工 施工图预算 审核 总平及道路施工控制 工程竣工验收 工程移交 工程结算 主体工程施工 成本过程控制 施工单位控制 地基.基础施工 装饰工程施工 工程质量工期控制 安全文明施工控制 监理单位控制 设计变更控制 采购控制 拆 迁 合同控制管理
111 二 、工程部员工岗位管理流程图 ` 图纸会审 进场通知单 施工组织设计 红线交接 质监、安监备案 现场临时设施搭建 场地原始标高测量 水、电表原始读数记录 现场用电安全验收、大型机械设备安全验收 开工报告 基础工程 桩基础工程 承台基础工程 地下室工程 地基处理工程 基坑开挖控制 原材料、混凝土配合比控制 试桩；桩验收； 地基验槽； 基础钢筋验收； 基础验收； 基础回填； 其它验收、隐蔽验收 防水工程 定位放线 定位复线 其它基础工程 技术方案控制 基坑围护 周边建筑 沉降观测 安全检查 文明施工 夜间施工 签证实物量记录 基础验收 主体工程 一层施工 标准层施工 结构转换层施工 顶层施工 屋面结构施工 进场材料检验 钢筋焊接测试 混凝土质量监控 隐蔽工程验收 后浇带、预埋铁件 沉降观测点设置 水电预留、预埋 砖砌体质量控制 其它关键质量控制 文明施工 安全检查 设备检查 外脚手架、内支撑体系检查 沉降观测 夜间施工 接下页 逐月抄表，每月办 理《施工单位水、电使用确认单》 技术核定单 工程总进度计划 工程采购计划 各阶段进度计划 每 月 进 度 计 划 每周进度计划 进采购流程 实际完成情况 计划调整修改 进 度 质量 规划局验线 正式施工图纸 三通一平、接收红线 工程承包合同 施工许可证 工程监理（土建和安装） 内业 过程资料管理
义煤集团公司矿井水力压裂技术 实施方案 义煤集团公司 二00九年五月八日
义煤集团公司水力压裂技术实施方案 义煤集团公司现有5对突出矿井，主要煤层二1煤赋存极不稳定，全层未构造煤，透气性差，煤质松软，打钻成孔困难，预抽效果差，瓦斯治理难度大、治理任务艰巨。 中部义马煤田的5对矿井为集团公司骨干矿井，主采煤层为侏罗纪长焰煤，煤质硬脆，厚度大，其顶板为巨厚砾岩层，随着开采深度增加，矿井冲击地压危险性增大，且属于容易自燃发火煤层，煤层自然发火期15—30天，最短7天。 定向高压水力压裂技术在煤矿中的尝试应用，取得了初步的成效。为进一步提高突出矿井瓦斯抽采效果，搞好煤与瓦斯突出防治工作；利用水力压裂技术为中部矿井的冲击地压防治增加新的技术手段和开辟新的预防途径；在防治煤层自燃发火和综合防尘方面，也会带来明显的效果。为加快井下水力压裂技术的推广范围和扩大应用力度，使水力压裂技术在义煤集团全面推进，特制定本实施方案。 一、水力压裂技术机理简介 井下压裂的基本原理与地面煤层气井压裂相同，即将压裂液高压注入煤（或岩）体中原有的和压裂后出现的裂缝内，克服最小主应力和煤岩体的破裂压力，扩宽并伸展和沟通这些裂缝，进而在煤中产生更多的次生裂隙，从而增加煤层的透气性以便于进行瓦斯气体的抽
放；在高压水的作用下，利用人造裂缝与裂隙的通道进行煤体的湿润，从而达到软化煤体、进行煤体卸压的目的。 压裂液具有不可压缩性，其在煤层中的流动压裂过程是有一定顺序的，即由张开度比较大的层理或切割裂隙等一级弱面开始，而后是二级裂隙弱面，依次下去，直到煤层的原生微裂隙；压裂液的压裂分解作用是通过水在裂隙弱面内对壁面产生内压作用下，导致裂隙弱面发生扩展、延伸以至相互之间发生联接贯通，形成了相互交织的贯通裂隙网络，从而达到了提高煤层渗透率，增加钻孔瓦斯抽出率的目的。见压裂裂缝网络示意图1 图1 压裂裂缝网络示意图 压裂设备系统主要由压裂泵、混砂装置、水箱、指挥舱、高压管路、实时监测记录系统等组成。 压裂设备系统主要由压裂泵、混砂装置、水箱、指挥舱、高压管
水力压裂水力压裂：： 一项一项经久不衰的技术经久不衰的技术经久不衰的技术 自从Stanolind 石油公司于1949年首次采用水力压裂技术以来，到今天全球范围内的压裂施工作业量将近有250万次。目前大约百分之六十新钻的井都要经过压裂改造。压裂增产改造不但增加油井产量，而且由于这项技术使得以前没有经济开采价值的储量被开采了出来（仅美国自1949年以来就约有90亿桶的石油和超过700万亿立方英尺的天然气因压裂改造而额外被开采出来）。另外，通过促进生产，油气储量的静现值也提高了。 压裂技术可以追溯到十八世纪六十年代，当时在美国的宾夕法尼亚州、纽约、肯塔基州和西弗吉尼亚州，人们使用液态的硝化甘油压浅层的、坚硬地层的油井。目的是使含油的地层破裂，增加初始产量和最终的采收率。虽然使用具有爆炸性的硝化甘油进行压裂是危险并且很多时候是违法的，但操作后效果显著。因此这种操作原理很快就被应用到了注水井和气井。 在十九世纪三十年代，人们开始尝试向地层注入非爆炸性的流体（酸）用以压裂改造。在酸化井的过程中，出现了一种“压力从逢中分离出来”现象。这是由于酸的蚀刻会在地层生成不能完全闭合的裂缝，进而形成一条从地层到井的流动通道，从而大大提高了产量。这种“压力从逢中分离出来”的现象不但在酸化的施工现场，在注水和注水泥固井的作业中也有发生。 但人们就酸化、注水和注水泥固井的作业中形成地层破裂这一问题一直没有很好的理解，直到Farris 石油公司（后来的Amoco 石油）针对观察井产量与改造压力关系进行了深入的研究。通过此次研究，Farris 石油萌生出了通过水力压裂地层从而实现油气井增产的设想。 第一次实验性的水力压裂改造作 业由Stanolind 石油于1947年在 堪萨斯州的Hugoton 气田完成（图 1）。首先注入注入1000加仑的粘 稠的环烷酸和凝稠的汽油，随后是 破胶剂，用以改造地下2400英尺 的石灰岩产气层。虽然当时那口作 业井的产量并没有因此得到较大 的改善，但这仅仅是个开始。在 1948年 Stanolind 石油公司的 J.B.Clark 发表了一篇文章向石油 工业界介绍了水力压裂的施工改造过程。1949年哈里伯顿固井公司（Howco）申请了水力压裂施工的专利权。 哈里伯顿固井公司最初的两次水力压裂施工作业于1949年3月17日，一次在奥克拉荷马州的史蒂芬郡，总花费900美元；另一次在位于得克萨斯州的射手郡，总花费1000美元，使用的是租来的原油或原油与汽油的混合油与100到150磅的砂子（图2）。在第一年中，332口井被压裂改造成功，平均增加了75%的产量。压裂施工被大量应用，也始料未及地加强了美国的石油供应。十九世纪五十年代中期，压裂施工达到了每月3000口井的作业量。第一个过五十万英镑的压裂施工作业是由美国的Pan 石油公司（后来的Amoco 石油，现在的BP 石油）于1968年10月在奥克拉荷马州的史蒂芬郡完成的。在2008年世界范围内单级花费在1万到6百万美元之间的压裂作业超过了5万级。目前，一般的单井压裂级数为8到40
水力压裂操作规程 第一条 系统组成 高压水力压裂系统由乳化泵、水箱、水表、压力表、高压管、封孔器及相关装置连接接头等组成。 图2 水力压裂系统装置连接示意图 高压铁管高压软管 注 水 泵水 箱卸压阀压力表 连接管水管 压裂钻孔 注：设备之间的连接必须保证密封无泄漏，且应实现快速连接。 第二条 压裂时间 压裂时间与注水压力、注水量等参数密切相关，注水压力、流速不同，相同条件下达到同样效果的注水时间也不同。注水过程中，煤体被逐渐压裂破坏，各种孔裂隙不断沟通，高压水在已沟通的裂隙间流动，注水压力及注水流量等参数不断发生着变化，注水时间可根据注水过程中压力及流量的变化来确定，当注水泵压降为峰值压力的30%左右，可以作为注水结束时间。 第三条 工艺流程 1.先施工4个效果考察钻孔，施工完成后立即进行封孔，将其接入抽放系统，抽放队安排测流员收集效果考察钻孔浓度、负压，并进
行计量。 2.在施工1个压裂钻孔，压裂钻孔施工到位后，立即进行封孔， 3.所有钻孔封孔完成并凝固24小时后，开始进行高压水力压裂，压裂时一旦出现效果考察孔有水流出时，立即关闭高压闸门，直至乳化泵的水箱内水位不再下降时停止压裂。 4.压裂过程实施完成后，由抽放队测流员每天收集压裂钻孔和效果考察钻孔的数据，并计算瓦斯抽放量。 5.高压水力压裂流程图，如下所示：
第四条压裂步骤 在注水的前期，注水压力和注水流量呈线性升高；随后，注水压力与流量反向变化，并呈波浪状。这直观反映出了在注水初期，具有一定压力和流速的压力水通过钻孔进入煤体裂隙，克服裂隙阻力运动；随后，当压裂液充满现有裂隙后，水流动受到阻碍，由于煤体渗透性较低，水流量降低，压力增高而积蓄势能；当积蓄的势能足以破裂煤体形成新的裂隙时，势能转化为动能，压力降低，水流速增加；当压力液携带煤泥堵塞裂隙时，煤体渗透性降低，水难以流动使流量下降，压力上升。 压裂实施过程中，按照如下步骤实施： 1.同时打开井下高压泵水箱的水闸门与注水孔口的闸门； 2.启动高压注水泵，然后采用动压注水压裂; 3.当乳化泵压力急剧上升或水箱内水位不在下降时，立即停止压力。 启泵时压力选为20MPa，调节控压闸门，每5min升压2MPa，泵压达到28MPa以上，稳定20min后，若压力迅速下降，说明已开始压裂；继续注水10min钟，水压不再上升，此时停泵，关闭卸压阀，压裂程序结束。若从开泵开始，压力持续上升，则说明未压裂，并持续加压至30MPa后压力仍不下降或稳定，说明煤体未被压裂，此时停止压裂工作，分析原因，重新考虑制定措施、方案。 第五条水力压裂施钻规定 1.每班施钻前必须先检查撤退路线是否畅通、安全设施是否完好，若有一样不符合规定，当班禁止施工（当班班长负责，安瓦员监督）。 2.施钻当班负责人必须携带便携式瓦斯报警仪，并将其吊挂在距
国投新集能源股份有限公司新集二矿 GUO TOU XIN JI NENG YUAN GU FEN YOU XIAN GONG SI XIN JI ER KUANG 新集二矿煤层增透技术试验方案 设计： 审核： 安徽理工大学 国投新集能源股份有限公司新集二矿 编制日期：2014年2月17日
1概况 为提高预抽钻孔抽采效果，缩短预抽时间，保证矿井安全生产及采掘接替。将在-650m1煤西翼截水巷进行预抽钻孔高压水力压裂项目的研究。以解决矿井煤层透气性差、瓦斯预抽困难的难题。为保证压裂有序、顺利实施，特编制此安全技术措施。 2试验区域概况 -650m1煤西翼截水巷与地面相对位置处于矸石山西面。该区域范围的地面水体及其它对本工程施工不构成影响。 -650m1煤西翼截水巷主要在1灰及其顶、底板岩石、煤线，1煤组底板岩石层位中向前掘进。巷道施工过程中将会揭露2灰。巷道依次揭露岩性如下： 2灰：厚度1.1～3.8m，平均2.4m。粉砂岩：厚度0.5～1.9m，平均1.2m。细砂岩：厚度2.1～4.3m，平均3.2m。铝质泥岩：厚度0.3～1.1m，平均0.6m 。1灰：厚度1.1～3.8m，平均2.4m。砂质泥岩:厚度1.8～3.4m，平均2.5m。泥质砂岩：厚度14.0～18.2m，平均15.0m。 -650m1煤西翼截水巷掘进过程中揭露岩层走向一般为85°～100°，倾向一般为355°～10°，岩层倾角一般为5°～20°，平均倾角9°左右。岩层以单斜构造为主，根据上覆6、8煤层回采情况分析：预计巷道施工过程中，中、小断层、褶曲可能较为发育，局部煤（岩）层反倾（南倾）、裂隙较发育。 3水力压裂增透防突技术原理 3.1 水力压裂机理及过程分析 1．水力压裂机理分析 水力压裂的基本原理是将高压水( 压裂液) 注入煤体中的裂缝内( 原有裂隙和压裂后出现的裂隙) ，克服最小主应力和煤体的抗裂压力，扩宽伸展并沟通这些裂缝，增加煤层相互贯通裂隙的数量和增大单一裂隙面的张开程度，进而在煤体中产生更多的人造裂缝与裂隙，从而增加煤层的透气性。 2．水力压裂过程分析 煤层水力压裂是一个逐渐湿润煤体、压裂破碎煤体和挤排煤体中瓦斯的注水过程。在注水的前期，注水压力和注水流量随注水时间呈线性升高；随后，注水压力与流量反向变化，并呈波浪状。这直观反映出了在注水初期，具有一定压力和流速的压力水通过钻孔进入煤体裂隙，克服裂隙阻力运动。当注入的水充满现有裂隙后，水流动受到阻碍，由于煤体渗透性较低，导致水流量降低，压力增高而积蓄势能；当积蓄的势能足以破裂煤体形成新的裂隙时，压力水进入煤体新的裂隙，势能转化为动能，导致压力降低，水流速增加；当注入的水( 压裂液) 携带煤泥堵塞裂隙时，煤体渗透性降低，水难以流动使流量下降，压力上升。
文献综述 前言 水力压裂是油田增产一项重要技术措施。由地面以超过地层吸收能力的排量高压泵组将液体注入井中，此时，在井底附近便会蹩起压力，当蹩气的压力超过井壁附近地层的最小地应力和岩石抗张强度时，在地层中便会形成裂缝。随之带有支撑剂的液体泵入缝中，裂缝不断向前延伸，这样，在地层中形成了具有一定长度、宽度及高度的填砂裂缝。由于压裂形成的裂缝提高了产油层导流能力，使油气能够畅流入井内，从而起到了增产增注的作用。 为了完成水力压裂设计，在地层中造成增产效果的裂缝，需要了解与造缝有关的地应力、井筒压力、破裂压力等分布与大小。这些因素控制着裂缝的几何尺寸，同时对与地面与井下设备的选择有关。同时，用于水力压裂的压裂液的性能、数量，支撑剂的排布情况关系到裂缝的几何尺寸，压裂技术-端部脱砂技术，对提高压裂效果起到很大作用，这些因素关系到能否达到油田增产的目的，需要进行详细研究。在建立适当的裂缝扩展模型的基础上，实现现场实际生产情况的模拟研究，对进一步优化水力压裂参数，提高压裂经济实用性起到很大作用。 这项油田增产措施自发展以来，得到国内外广泛采用，并且经不断的开发试验，已取得很大成效。 水力压裂技术的发展过程 水力压裂技术自 1947 年美国堪萨斯州进行的的第一次试验成功以来，至今近已有60余年历史。它作为油井的主要增产措施，正日益受到世界各国石油单位的重视及采用 ,其发展过程大致可分以下几个阶段: 60 年代中期以前 ,各国石油公司的工作者们的研究工作已适应浅层的水平裂缝为主，此时的我国主要致力于油井解堵工作并开展了小型压裂试验。 60 年代中期以后 ,随着产层加深 ,从事此项事业的工作者以研究垂直裂缝为主。已达成解堵和增产的目的。这一时期 ,我国发展了滑套式分层压裂配套技术。 70 年代 ,工作进入到改造致密气层的大型水力压裂阶段。我国在分层压裂技术的基础上 ,发展了蜡球选择性压裂工艺 ,以及化学堵水与压裂配套的综合
第六章水力压裂技术 一、名词解释 1、水力压裂：常简称为压裂，指利用水力作用使油层形成裂缝的方法，是油气井增产、注水井增注的一项重要技术措施，不仅广泛用于低渗透油气藏，而且在中、高渗油气藏的增产改造中也取得了很好的效果。 2、地应力：指赋存于地壳岩石中的内应力。 3、地应力场：地应力在空间的分布。 4、破裂压力梯度：地层破裂压力与地层深度的比值。 5、闭合压力（应力）：使裂缝闭合的压力，理论上等于最小主应力。 6、分层压裂：分压或单独压开预定的层位，多用于射孔完成的井。 7、裂缝的方位：裂缝的延伸（扩展）方向。 8、压裂液：压裂过程中，向井内注入的全部液体。 9、水基压裂液：以水为基础介质，与各种添加剂配制而成的压裂工作液。 10、交联剂：能将溶于水中的高分子链上的活性基团以化学链连接成三维网状型的结构，使聚合物水溶液形成水基交联冻胶压裂液。 11、闭合压力：使裂缝闭合的压力，理论上等于最小主应力。 二、叙述题 1、简述岩石的破坏及破坏准则。 答案要点：脆性与塑性岩石：在外力作用下破坏前总应变小于3%的岩石叫脆性岩石，总应变大于5%的岩石叫塑性岩石，总应变介于3～5%的岩石叫半脆性岩石。 岩石的破坏类型：拉伸破坏；剪切破坏；塑性流动。其中拉伸破坏与剪切破坏主要发生在脆性岩石。塑性流动主要发生在塑性岩石。 2、简述压裂液的作用。 答案要点：按泵注顺序和作用，压裂液可分前置液、携砂液和顶替液。其中，携砂液是 压裂液的主体液。○1前置液的作用：造缝、降温；○2携砂液的作用：携带支撑剂、延伸造缝、冷却地层；○3顶替液的作用：中间顶替液用来将携砂液送到预定位置，并有预防砂卡的作用；注完携砂液后要用顶替液将井筒中全部携砂液替入裂缝中，以提高携砂液效率和防止井筒沉砂。 3、简述压裂液的性能及要求。 答案要点：滤失少；悬砂能力强；摩阻低；稳定性；配伍性；低残渣；易返排；货源广、便于配制、价钱便宜。 4、压裂液有哪几种类型？ 答案要点：水基压裂液、油基压裂液、泡沫压裂液、乳化压裂液、醇基压裂液、胶束压裂液。 5、简述常用破胶剂及其作用。 答案要点：主要作用：是使压裂液中的冻胶发生化学降解，由大分子变成小分子，有利于压后返排，减少对储集层的伤害。 常用的破胶剂：包括酶、氧化剂和酸。生物酶和催化氧化剂系列是适用于 21～54 ℃的低温破胶剂；一般氧化破胶体系适用于 54～93 ℃，而有机酸适用于 93 ℃以上的破胶作用。 6、影响支撑剂选择的因素有哪些？ 答案要点：（1）支撑剂的强度：一般地，对浅地层（深度小于1500m ）且闭合压力不大时使用石英砂；对于深层且闭合压力较大时多使用陶粒；对中等深度（ 2000 m 左右）的地层一般用石英砂，尾随部分陶粒。 H p F F =α
水力压裂造缝机理 水力压裂裂缝的形成和延伸是一力学行为，水力裂缝的形态与方位对于有效发挥压裂对储层的改造作用密切相关，必须学握水力压裂的裂缝起裂与延伸过程的力学机制。木节从地应力场分析及获取方法入于介绍水力裂缝的形成机理、造缝条件、裂缝形态与方位、破裂压力预测方法。 在致密地层，首先向井内注入斥裂液使地层破裂，然后不断注液使斥裂缝向地层远处延伸。显然.地层破裂斥力昴拓.反映出注入流体斥力要克服由于应力集中而产生的枚為井壁应力以及岩石抗张强度。一旦诱发人匸裂缝.井眼附近应力集中很快消失，裂缝在较低的圧力下延伸?裂缝延伸所需要的斥力随着裂缝延伸引起的流体流动摩阻増加使得井底和井口斥力増加。停泵以后井筒摩阻为零.斥裂缝逐渐闭合?施匸压力逐渐降低。 对于商渗透地层或存在裂缝带.地层破裂时的井底压力并不出现明显的峰值。 一、地应力场分析与测量 地下岩石的应力状态通常是三个相互垂直且互不相等的主应力(principal stress)。地应力场不但影响到水力压裂造缝过程?而且通过井网与人1：裂缝方位的配合关系彩响到汕藏开发效果。 1.地应力场 存在于地壳内的应力称为地应力(in-situstress),是由于上樓岩层重力、地壳内部的垂直运动和水平运动及 其它因素综合作用引起介质内部做位面积上的作用力。包括原地应力场和扰动应力场两部分。前者主要包括重力应力、构造应力.孔隙流体斥力和热应力等：后者主要是指由于人匚扰动作用引起的应力。 1)重力应力场 是指沉积盆地中的储层受到上覆岩层重力作用而形成的应力分布。 在地层中孔隙流体压力作用下，部分上覆岩层的重力被孔隙流体压力所支撑。但由于颗粒间胶结作用.孔隙压力并未全部支撑上覆地层圧力。 Terzaghi认为：地层岩石变形由有效应力引起。假设地层岩石为理想的均质各向同性线弹性体，弹性状态下垂向载荷产生的水平主应力分量由广义胡克(Hook)定律汁算。 E和v为岩石力学参数，典型值见表6?1。它们与岩石类型和所受到的困汗.温度有关。 表6?1常见岩石的泊松比与杨氏模址 因岩体水平方向上应变受到限制，即ex=0. ey=Oo 砂岩的泊松比一般在0.15^0.27之间。泊松比越大.水平主应力越接近垂向应力。考虑孔隙流体圧力后的地层水平主应力。 2)构造应力场 构造应力场是指构造运动引起的地应力场増虽。它以矢虽形式迭加在地层重力应力场中?使得水平主应力场不均匀。一般而言，在正断层和裂缝发育区是应力释放区.例如，正断层中的水平主应力可能只有垂向应力的1/3.而在逆断层或褶皱地帯的水平应力可以大到垂向应力的3倍。通常?构造应力场只有两个水平主应力，属于水平的平面应力状态，而且挤斥构造引起挤乐构造应力，张性构造引起拉张构造应力c 3)热应力场 热应力场是捋由于地层温度变化在其内部引起的内应力増虽.与溫度变化虽和岩石性质有关。油IB开发中的注水.注蒸汽和火烧油层等可以改变油藏的主应力大小，甚至主应力方向。 将油藏边界视为无穷大.考他其侧向应变受到约束.温度变化引起的水平应力増SDsx. DSy 2.地应力场确定
南桐矿业公司鱼田堡煤矿穿层钻孔定向水力压裂煤层增透 技 术 报 告 （初稿） 二〇一一年三月
防止煤与瓦斯突出在煤矿安全上一直是世界性的难题。在近年来重庆发生的煤矿安全重大事故中，瓦斯突出占了很高的比例。随着采深的不断增加，煤层瓦斯含量和瓦斯压力在不断增加，瓦斯问题日益凸显。为解决重庆地区瓦斯治理难题，重庆能源投资集团科技有限公司联合重庆大学开展了定向水力压裂增透技术相关研究，并在松藻煤电有限责任公司逢春煤矿和南桐矿业有限责任公司鱼田堡煤矿进行了应用研究。在理论研究和实验室实验研究的基础上，在南桐矿业公司鱼田堡煤矿34区-350m东抽放道实施了水力压裂并取得了以下成果： 通过2011-1-8日的实验得出，在鱼田堡煤矿34区-350m东抽放道5#煤层起裂压力为23MPa，延伸压力为19MPa。实验共进行了40min，注水量为6.9m3。经现场查看，发现压裂孔东侧10m考察孔出口处压力表读数为15.6MPa，上方、西侧考察孔压力均超过压力表量程（10MPa），下方压力表没有读数，但有水流出。可以判断，鱼田堡5#煤层在40分钟以内其有效压裂范围能够达到10m以上。 分别在在4个考察孔附近钻进4个抽放孔进行瓦斯抽放考察压裂后瓦斯抽放参数。并于2011-01-26开始接抽，截止到2011-02-17，压裂孔平均抽放浓度为95.4%，平均抽放纯量为0.0673m3/min；抽放孔1#平均抽放浓度为25.6%，平均抽放纯量为0.0147m3/min；抽放孔2#平均抽放浓度为33.1%，平均抽放纯量为0.02m3/min；抽放孔1#平均抽放浓度为25.6%，平均抽放纯量为0.0147m3/min；抽放孔3#平均抽放浓度为33.4%，平均抽放纯量为0.0177m3/min；抽放孔4#平均抽放浓度为36.1%，平均抽放纯量为0.0192m3/min。压裂范围内平均抽放浓度为44.72%，平均抽放纯量为0.1389m3/min；相比同一抽放道普通钻孔抽放浓度（13.28571%）提高了 3.37倍，抽放纯量（0.00796 m3/min）提高了17.45倍。共抽放23天，5个孔共抽放瓦斯纯量为4725m3，相比同一抽放道5个钻孔瓦斯抽放纯量（368m3）提高了12.83倍。
水力压裂概念与基本过程 水力压裂是油气并增产、水井增注的一项重要技术措施。利用地面高压泵组，将高粘液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中，随即在井底附近造成高压。此压力超过井壁附近地应力及岩石的抗张强度后，在地层中形成裂缝。继续将带有支撑剂的压裂液注入缝中，此缝向前延伸，井在缝中填以支撑剂。这样，停泵后即可在地层中形成足够长度、一定宽度及高度的填砂裂缝。它具有很高的渗流能力，可大大地改善油气层的渗透性，使油气畅流入并，起到增产、增注的作用。 水力压裂的基本过程如下： (1)选井选层：根据油层特性、油井开采情况选择压裂的井层。 (2)压裂设计：根据油层的基本情况进行压裂参数设计，并结合并和地面设备等情况作出施工设计书。 (3)施工前推备：主要包括油井测试、井场的平整、压裂液的配制、井口设备的更换与安全保护等。 (4)压裂施工：包括将压裂施工设备按设计要求在井场摆放，试压，打前置液、携砂液、顶替液，关井等施工，不同井有不同的设计要求。 (5)返排：返排是压裂的一项重要步骤，其主要目的是减少压裂液对油层的伤害。
水力压裂施工工程项目大，需要投入资金多，应用设备多，其主要设备包括： (1)储罐：用来制备和储存压裂液。 (2)压裂泵车：其作用是将压裂液升压并送人井中 (3)混砂车：其作用是将压裂液与支撑剂混合。 (4)运砂车：其作用是将压裂施工所需的支撑剂运到井场。 (5)管汇车：用于压裂作业时多台联机作业车辆之间的高压、低压管线连接，并可吊装运输各种配套的高压、低压管汇及连接管线，车上装有液压吊臂，吊装简单方便。 (6)仪表车(压裂指挥车)：它是压裂机组的指挥中心和数据采集、分析中心，可以同时操纵6—8台压裂车联机作业。该车数据采集、显示、记录、分析功能齐全，配有工控微机及专业压裂数据采集分析软件，接口与压裂车、混砂车等匹配，操作安全可靠，自动化程度高。 (7)其他车辆：为了防止施工中出现意外，通常需要消防车、救护车；为了保证深井压裂的成功实施而不损坏油井，在采用油管压裂时井下装有封隔器，通常需要水泥车平衡油套环空的压力。
第六章水力压裂 水力压裂(hydraulic fracturing)是利用地面高压泵组，以超过地层吸液能力的排量将高粘压裂液泵入井内而在井底产生高压，当该压力超过井壁附近地应力并达到岩石抗张强度，使地层产生裂缝。继续注入压裂液使水力裂缝逐渐延伸；随后注入带有支撑剂的混砂液，使水力裂缝继续延伸并在缝中充填支撑剂。停泵后，由于支撑剂对裂缝壁面的支撑作用，在地层中形成足够长的、足够宽的填砂裂缝，从而实现油气井增产和注水井增注。图6-1为水力压裂作业示意图。 水力压裂的增产增注机理主要体现在：(1) 沟通非均质性构造油气储集区，扩大供油面积；(2) 将原来的径向流改变为线性流和拟径向流，从而改善近井地带的油气渗流条件；(3) 解除近井地带污染。 水力压裂主要用于砂岩油气藏，在部分碳酸岩油气藏也得到成功应用。 图6-1 水力压裂作业示意图 1—混砂车；2—砂车(罐)；3—液罐（组）；4—压裂泵车(组)；5—井口；6—压裂管柱；7—动态裂缝；8 —支撑裂缝；9—压裂液；10—储层 本章从水力压裂系统工程角度全面阐述压裂造缝机理、压裂液材料性能与评价方法、裂缝延伸模拟、支撑剂在裂缝中运移分布、水力压裂设计和水力裂缝诊断评估方法，并扼要介绍水力压裂技术新发展。 第一节水力压裂造缝机理 水力压裂裂缝的形成和延伸是一力学行为，水力裂缝的形态与方位对于有效发挥压裂对储层的改造作用密切相关，必须掌握水力压裂的裂缝起裂与延伸过程的力学机制。本节从地应力场分析及获取方法入手介绍水力裂缝的形成机理、造缝条件、裂缝形态与方位、破裂压力预测方法。 图6-2为水力压裂施工泵压变化的典型示意曲线。F点对应于地层破裂压力（使地层破裂所需要的井底流体压力），E点为瞬时停泵压力（即压裂施工结束或其它时间停泵时的压力），反映裂缝延伸压力（使裂缝延伸所需要的压力），C点对应于闭合压力（即裂缝刚好能够张开或恰好没有闭合时的压力），S点为地层压力。压裂过程中的泵压是地应力场、压裂液在裂缝中流动摩阻和井筒压力的综合作用结果。
报告题目：水力压裂技术近期发展及展望 目录 一、弓I 言.............................................................. -2-.. 二、发展及简介........................................................... 般-… 2.1发展历程 ........................................................ 般-… 2.2原理简介 ........................................................ 般-… 三、近期进展............................................................ -.3-… 3.1植物胶及其衍生物 ................................................ -3-. 3.2纤维素及其衍生物 ................................................ -3-. 3.2.1 羧甲基纤维素钠(CMC) ................................. -.4- 3.2.2改性羧甲基纤维素(CMPC) (4) 3.2.3羟乙基纤维素(HEC) (4) 3.2.4羧甲基羟丙基纤维素醚(CMHPC) .......................... .-4- 3.3合成聚合物 ...................................................... -5-.. 3.3.1丙烯酰胺类................................................ - 5-.. 3.3.2丙烯酸酯类................................................ - 5-..